串口通信基础

做嵌入式开发，天天都要用到串口，所以今天晚上又认真学习了串口通信方面的基础知识：  

    串口是计算机和仪器仪表的一种通信协议，大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口通信协议可以用于获取远程采集设备的数据。
    1.串口按位bit发送和接收数据（比按字节byte的并行通信慢）；
    2.串口可以使用一根线同时发送和接收数据（并行不能），是异步通信；
    3.串口通信的距离长度可达1200M（并行设备任意两个设备长度不能够超过2M；
串口通信使用3根线：地线、发送线、接收线
串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位、奇偶校验位。
    1.波特率：可称为时钟周期n HZ，衡量通信速度的参数，表示每秒钟传送的bit的个数。波特率和距离成反比，高波特率放在近距离的仪器

间通信（如GPIB）
    2.数据位（5、7、8）：衡量通信中实际数据位的参数，标准的ASCII码是0~127（7位），扩展的ASCII码是0~255（8位）对应标准的ASCII

码，每个数据包使用7位数据，是指一个字节。包括开始/停止为，数据位，奇偶校验位。
    3.停止位：单个包的最后一位。典型的值为1、1.5、2，不仅仅表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。停止位越多，不同

时钟同步的容忍程度越大。
    4.奇偶校验位（偶、奇、高、低）：串口通信中的一种简单的检错方式。通信中可以没有校验位。对于奇偶校验，串口设置校验位（数据

位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或奇个逻辑高位。如011，对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高位数为偶数个。如果是奇校

验，则校验位为1，这样有三个逻辑高位。
    RS-232是IBM-PC及其兼容机上的串行连接标准。可连接鼠标、打印机或Modem。RS-232只限于pc串口和设备间点对点的通信。最远距离是50

英尺。
DB-9针连接头
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/ 1 2 3 4 5 / 
 / 6 7 8 9 / 
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从计算机连出的线的截面。
RS-232针脚的功能：

数据： 
TXD（pin 3）：串口数据输出
RXD（pin 2）：串口数据输入

地线GND(pin5)：地线

握手：
RTS（pin 7）：发送数据请求
CTS（pin 8）：清除发送
DSR（pin 6）：数据发送就绪
DCD（pin 1）：数据载波检测
DTR（pin 4）：数据终端就绪

其他：
RI(pin9)：铃声指示
RS-232通信方式允许简单连接三根线：Tx、Rx和地线。但是，对于数据传输，双方必须对数据定时使用相同的波特率。

握手：
RS-232通信方式允许简单连接三线：Tx、Rx和地线。但是对于数据传输，双方必须对数据定时采用使用相同的波特率。尽管这种方法对于大多

数应用已经足够，但是对于接收方过载的情况这种使用受到限制。这时需要串口的握手功能。在这一部分，我们讨论三种最常用的RS-232握手

形式：软件握手、硬件握手和Xmodem。

a，软件握手：我们讨论的第一种握手是软件握手。通常用在实际数据是控制字符的情况，类似于GPIB使用命令字符串的方式。必须的线仍然是

三根：Tx，Rx和地线，因为控制字符在传输线上和普通字符没有区别，函数SetXModem允许用户使能或者禁止用户使用两个控制字符XON和OXFF

。这些字符在通信中由接收方发送，使发送方暂停。
例如：假设发送方以高波特率发送数据。在传输中，接收方发现由于CPU忙于其他工作，输入buffer已经满了。为了暂时停止传输，接收方发送

XOFF，典型的值是十进制19，即十六进制13，直到输入buffer空了。一旦接收方准备好接收，它发送XON，典型的值是十进制17，即十六进制11

，继续通信。输入buffer半满时，LabWindows发送XOFF。此外，如果XOFF传输被打断，LabWindows会在buffer达到75％和90％时发送XOFF。显

然，发送方必须遵循此守则以保证传输继续。

b，硬件握手：第二种是使用硬件线握手。和Tx和Rx线一样，RTS/CTS和DTR/DSR一起工作，一个作为输出，另一个作为输入。第一组线是RTS

（Request to Send）和CTS（Clear to Send）。当接收方准备好接收数据，它置高RTS线表示它准备好了，如果发送方也就绪，它置高CTS，表

示它即将发送数据。另一组线是DTR（Data Terminal Ready）和DSR（Data Set Ready）。这些现主要用于Modem通信。使得串口和Modem通信他

们的状态。例如：当Modem已经准备好接收来自PC的数据，它置高DTR线，表示和电话线的连接已经建立。读取DSR线置高，PC机开始发送数据。

一个简单的规则是DTR/DSR用于表示系统通信就绪，而RTS/CTS用于单个数据包的传输。

在LabWindows，函数SetCTSMode使能或者禁止使用硬件握手。如果CTS模式使能，LabWindows使用如下规则：
当PC发送数据：
RS-232库必须检测CTS线高后才能发送数据。

当PC接收数据：
如果端口打开，且输入队列有空接收数据，库函数置高RTS和DTR。
如果输入队列90％满，库函数置低RTS，但使DTR维持高电平。
如果端口队列近乎空了，哭喊数置高RTS，但使DRT维持高电平。
如果端口关闭，库函数置低RTS和DTR。

c，XModem握手：最后讨论的握手叫做XModem文件传输协议。这个协议在Modem通信中非常通用。尽管它通常使用在Modem通信中，XModem协议能

够直接在其他遵循这个协议的设备通信中使用。在LabWindows中，实际的XModem应用对用户隐藏了。只要PC和其他设备使用XModem协议，在文

件传输中就使用LabWindows的XModem函数。函数是XModemConfig，XModemSend和XModemReceive。

XModem使用介于如下参数的协议：start_of_data、end_of_data、neg_ack、wait_delay、start_delay、max_tries、packet_size。这些参数

需要通信双方认定，标准的XModem有一个标准的定义：然而，可以通过XModemConfig函数修改，以满足具体需要。这些参数的使用方法由接收

方发送的字符neg_ack确定。这通知发送方其准备接收数据。它开始尝试发送，有一个超时参数start_delay；当超时的尝试超过max_ties次数

，或者收到接收方发送的start_of_data，发送方停止尝试。如果从发送方收到start_of_data，接收方将读取后继信息数据包。包中含有包的

数目、包数目的补码作为错误校验、packet_size字节大小的实际数据包，和进一步错误检查的求和校验值。在读取数据后，接收方会调用

wait_delay，然后想发送方发送响应。如果发送方没有收到响应，它会重新发送数据包，直到收到响应或者超过重发次数的最大值max_tries。

如果一直没有收到响应，发送方通知用户传输数据失败。
由于数据必须以pack_size个字节按包发送，当最后一个数据包发送时，如果数据不够放满一个数据包，后面会填充ASCII码NULL（0）字节。这

导致接收的数据比原数据多。在XModem情况下一定不要使用XON/XOFF，因为XModem发送方发出包的数目很可能增加到XON/OFF控制字符的值，从

而导致通信故障。